Die Verwandtschaftsverhältnisse von Mega- und Microchiroptera sind derzeit noch immer in der Diskussion. So ist noch nicht abschließend geklärt, ob die Ordnung der Chiropteren monophyletisch oder diphyletisch entstanden ist, ob also ein gemeinsamer Vorfahre vorhanden ist oder nicht. Verfechter des diphyletischen Ansatzes um Pettigrew vertraten den Ansatz, dass die Vorfahren der Flughunde bei den Primaten zu finden ist, auch als "Flying Primate Hypothesis" bezeichnet (Pettigrew 1986 & Pettigrew 1989). Seit Beginn der neunziger Jahre häufen sich die Anzeichen, dass die Entwicklung doch monophyletisch verlaufen ist (Teeling 2006, Review in Jones et al. 2002). Einigkeit herscht darüber, dass zumindest der Ursprung der Fledermäuse wohl ein flugunfähiger insektenfressender vierbeiniger Waldbewohner war und auch über die Paraphylie innerhalb der Microchiroptera scheint ein Konsens zu bestehen (Teeling et al. 2002).

Bild rechts: Adulte Carollia perspicillata im Flug (S. von den Berg)

Die zentrale Frage, welche diese Untersuchungen interessant machen, ist, ob die Flugfähigkeit dieser Säugerordnung in der Evolution einmal bei einem gemeinsamen Vorfahren oder zweimal unabhängig voneinander für jede Unterordnung entstanden ist. Fraglich ist genauso, ob die bei allen Microchiropteren vorhandene Echoortung bei den Megachiropteren sekundär reduziert ist, aufgrund von Diphylie nur bei ersteren evolvierte (und damit unabhängig ein zweites Mal bei R. aegyptiacus) oder bei Monophylie nach der Trennung der beiden Linien entstand.
Für die Fledermäuse konnte die Ursache für die Voraussetzung des aktiven Fluges, die stark verlängerten Phalangen, auf eine einzige Punktmutation zurückgeführt werden, die dafür verantwortlich ist, dass die Finger in der Embryogenese um ein vielfaches schneller wachsen, als die übrigen Knochen des Körpers (Sears et al. 2006). In Experimenten an Carollia perspicillata konnte dies auf das "bone morphogenetic protein 2" (Bmp2) zurückgeführt werden. Die damit gefundene Erklärung für das plötzliche Auftreten der Flugfähigkeit der Feldermäuse erklärt das Fehlen von fossilen Übergangsformen, was bisher von Vertretern des Intelligent Designs als Beweis für das unveränderte Auftreten dieser Ordnung (wie aller anderen Arten auch) gewertet wurde. Das "Intelligent Design"-Konzept wird vor allem von Kreationisten in den Vereinigten Staaten vertreten und teilweise in den Schulen gelehrt. Im Herbst 2006 wurde bekannt, das auch an zwei deutschen Schulen im Biologieunterricht Intelligent Design anstelle von Darwins Evolutionslehre gelehrt wurde.

Die Fellfarbe ist variabel. Bei Ectophylla alba ist die nahezu weiß, eine Reihe von Arten haben ein zweifarbiges Fell, welches an der Basis hell gefärbt ist und zu den Spitzen hin dunkler wird (z.B. Phyllostomus discolor, die daher ihren Namen hat). Einige Arten der Unterfamilie Stenodermatinae haben weiße Streifen entlang der Wirbelsäule und/oder weiße Streifen im Gesicht.
Das Gebiss ist durch die vielfältige Nahrung sehr divers (s. hier). Die meisten Arten haben 26-32 Zähne, aber auch Arten mit nur 20 (Zahnformel: (i 1/2, c 1/1, pm 2/3, m 0/0) × 2) oder mit bis zu 34 (Zahnformel: (i 2/2, c 1/1, pm 2/3, m 3/3) × 2) kommen vor. Auf dieser Skizze ist der Schädel von P. discolor dargestellt, einer typischen ominvoren Phyllostomiden.
Ein Nasenblatt ist erwartungsgemäß für gewöhnlich vorhanden, ist es doch namensgebend (s.o.). Die Männchen der Unterfamilie Phyllostomus haben einen drüsigen Kehlsack. Interessanterweise liegt das Gehirn etwas gedreht in der Schädelkapsel. Dieses Bild zeigt die Lage des Gehirns bei P. discolor anhand eines Overlays einer Skizze über einem Foto eines Schädels. Deutlich ist der nach oben geneigte und hinter der Augenkapsel liegende Bulbus olfactorius zu erkennen.
Allgemein kann gesagt werden, dass die Phyllostomiden die wohl diverseste Familie der Fledermäuse ist.